CN1557983A

CN1557983A - 一种钴含量呈梯度分布硬质合金的生产方法

Info

Publication number: CN1557983A
Application number: CNA2004100217857A
Authority: CN
Inventors: 张继芳; 熊继; 芶立; 周永贵
Original assignee: Zigong Cemented Carbide Co Ltd
Current assignee: Zigong Cemented Carbide Co Ltd
Priority date: 2004-02-09
Filing date: 2004-02-09
Publication date: 2004-12-29
Anticipated expiration: 2024-02-09
Also published as: CN100467649C

Abstract

该发明属于硬质合金制品的生产方法，该方法包括配料湿磨、掺胶、模压成型、素坯装舟并采用纯炭黑覆盖后送入烧结炉，在氢气保护下烧结、烧结体再经后处理以消除内应力，即制得钴含量呈梯度分布的硬质合金。该方法由于将烧结与渗碳烧结合并为一步进行并采用纯炭黑作渗碳剂，同时在烧结后增加一后处理工序，从而具有工艺先进、可靠、渗碳反应活性强，对生产设备要求低、便于操作控制，硬质合金制品中钴含量梯度结构明显，综合机械性能及形体精度高且稳定性好，生产成本可降低30％左右。且适用范围广等特点，克服了背景技术生产周期长、对设备及操作控制要求高、渗碳反应活性低、制品性能稳定性差且不适合生产刀片、拉丝模具类产品等缺陷。

Description

一种钴含量呈梯度分布硬质合金的生产方法

技术领域

本发明属于硬质合金制品的生产方法，特别是一种硬质合金体内的钴元素含量由表及里呈梯度变化的硬质合金制品的生产方法。该方法尤其适合用于WC-Co类硬质合金刀片(具)及拉伸模具等工、模具的生产制造，以提高其综合机械性能。

背景技术

常规WC-Co类硬质合金刀片、钻齿、岩石切割及拉丝模等工、模具的内、外金相组织均匀、机械性能一致。这种均匀结构的硬质合金制品存在高硬度和耐磨性与强韧性之间难以调和的矛盾，即当减少合金中钴(Co)的含量以提高其硬度和耐磨性时，合金体的韧性即随之下降；反之则影响其硬度和耐磨性；此外，刀片、钻齿、岩石切割刀具、模具等硬质合金制品，在使用时要求表面具有很高的硬度和耐磨性，但为了使其能承受较大的冲击力并阻止表面产生的裂纹向内扩散，又要求合金体内应具备较强的韧性；而金相及机械性能一致的产品在使用过程中，一旦表面产生裂纹时，其裂纹将很快扩展并导致整个工、模具损坏、破裂而报废。为了克服这一弊病，在公告号为CN106711B的专利文献《最适于岩石钻孔和矿石切割的硬质合体》中公开了一种合金体内的钴元素含量呈梯度变化的硬质合金。该硬质合金体的生产方法是采用低碳WC与适量的钴(Co)粉为原料，混合均匀并压制成坯件后，在900℃左右温度及N₂气氛中预烧1小时，再在1450℃的温度下烧结成金相及机械性能均匀一致的常规硬质合金烧结体；然后再将其置于石墨舟皿中并采用Al₂O₃细粉填充后在1450℃的渗碳气氛中热处理2小时以上，而制得合金表面层为含Co量低于合金平均值的WC+γ相区，中间层为含Co量高于合金平均值WC+γ相区，而芯部仍为含η相的硬质合金体。该发明虽然具有表面硬度及耐磨性高；合金中部富钴(Co)层的形成，又具有韧性强而可吸收合金体表面承受的冲击、有效阻止表面裂纹向内扩展等特点。但却存在：一是两步烧结、生产周期长、生产成本高；二是采用Al₂O₃细粉填充，既阻碍了合金体与渗碳气氛充分接触，又会与烧结体产生脱碳反应；通过气体碳源渗碳、对设备控制精度及操作过程控制要求高，渗碳反应活性低、渗碳时间长、结构梯度形成速度慢；三是在渗碳烧结——钴锑度形成后由于组织结构的变化所造成的质量及形体精度、稳定性差、易变形等副作用，使其只能生产地质钻探用球齿、柱齿类一定高、宽比的产品，而不能满足对质量和精度要求较高的诸如合金刀片、拉丝模具等产品的生产要求。因此，该背景技术存在对设备控制精度及操作过程控制要求高、生产周期长、生产成本高、渗碳反应活性低、渗碳时间长、Co梯度形成速度慢，所生产的制品质量及形体精度稳定性差，不适合用于生产刀片、拉丝模类质量和精度要求较高的产品等缺陷。

发明内容

本发明的目的是针对背景技术存在的缺陷，研究设计一种钴含量呈梯度分布硬质合金的生产方法，以达到简化及优化生产工艺，提高渗碳反应活性、缩短渗碳时间，降低对生产设备性能的要求，提高工、模具硬质合金制品的综合机械性能、形体精度及其稳定性等目的。

本发明的解决方案是将背景技术的烧结与渗碳(烧结)处理合并一步进行，同时采用纯炭黑填充以提高其渗碳处理效率；渗碳处理后再对烧结体进行后处理以消除应力、提高制品的质量及形体精度的稳定性，从而实现其目的。因而本发明生产方法包括：

A、配料湿磨：按重量百分比计，将低碳WC粉75～98Wt％及2～25Wt％的钴粉置于球磨机内，以无水乙醇作介质、硬质合金球作研磨体，混合研磨24～48小时后，卸料、干燥、磨碎制成WC-2～25Wt％Co湿磨混合料粉；

B、掺胶：在上述湿磨混合料中掺入浓度为4～15％的橡胶溶液，掺入的橡胶量以湿磨混合料重量百分比计为0.5～1.5Wt％，混合均匀后经干燥、磨碎，得掺胶混合料；

C、模压成型：将上述掺胶混合料送入模具中，压制成相应的硬质合金制品素坯(压坯)，素坯密度为烧结体最终密度的20～40％；

D、烧结成型：将上述压制成型的素坯置于石墨舟皿中并以纯炭黑粉作为填充料(渗碳剂)，覆盖全部坯体后送入烧结炉中，在氢气保护下烧结；烧结温度1300°～1600℃，保温0.5～2小时；

E、后处理：将经D烧结成型的合金体再经喷砂或热等静压、真空热处理，以消除烧结体内应力，即成。

上述低碳WC、其含C量为5.0～5.8Wt％。所述以纯炭黑粉作填充料，其炭黑中所含灰份应小于0.1％、挥发物含量小于1.5％、含水量小于0.5％。而所述将烧结成型的合金体再经喷砂或热等静压、真空热处理；其喷砂气流压力0.3～0.6MPa，热等静压处理在氩或氮气保护下进行，其温度为1000°～1400℃，压力3～100MPa，保温30～60分钟，真空热处理温度1000°～1500℃，真空度≤10Pa，保温30～90分钟。

本发明由于将背景技术的两步烧结法合并为一步进行，并采用纯炭黑作为渗碳剂以代替Al₂O₃及气体碳源渗碳，大大提高了渗碳反应活性，降低了对设备及操作过程控制的要求，从而可缩短烧结及渗碳处理时间50％以上，降低生产成本30％左右，在渗碳烧结成型后增加一后处理工序，以消除制品中的内应力，又提高了制品的机械性能及形体精度及其稳定性，扩大了制品的生产和应用范围。因此，本发明具有工艺先进、可靠，渗碳反应活性强，对生产设备性能要求低，便于操作控制，硬质合金制品中钴含量结构梯度明显，综合机械性能及形体精度高且稳定性好，生产成本低且应用范围广等特点。

附图及附图说明

图1、图2及图3均为实施例1合金体内部组织结构电子探针(3000X)形貌分析图；其中：图1、图2、图3分别为表层(贫Co层)、中间层(富Co层)及芯部组织结构分析图。

实施例1

本实施例以生产牌号为YG6T的硬质合金为例：

A、配料湿磨：将总含碳(C)量为5.15wt％的WC粉940g及Co粉60g投入2L实验球磨筒内，加入纯度为99.0％的无水乙醇，湿磨36小时后澄清；然后将澄清所得湿粉料置于80℃温度下干燥处理30分钟，再将干燥物擦碎并过60目筛后，得湿磨混合料；

B、掺胶：将浓度为10％的汽油橡胶溶液110g(即含橡胶11.0g)加入上述湿磨混合料中，混合均匀后在100℃温度下干燥，干燥物用60目筛擦碎后，即得掺胶混合料；

C、模压成型：将掺胶混合料分别置于A118A刀片及合金条压模中，在220KN压力下压制成A11gA刀片素坯及5.25×6.50×20.00的YG6T硬质合金条素坯；

D、烧结：将经C压制的坯体置于石墨舟皿中并用纯炭黑细粉覆盖全部坯体表面，覆盖层厚度高于最上层坯体10mm以上，然后将其送入二带钼丝炉中在氢气气氛及1400℃温度下渗碳烧结，保温时间50分钟；得合金制品烧结体；

E、后处理：将上述烧结体置于1300℃温度及40MPa压力下，保温、保压40分钟作热等静压处理，消除其内应力后，即得A118A硬质合金刀片及YG6T硬质合金条。

所得制品经检测：硬度HRA92.0、抗弯强度2630N/mm²，密度14.95g/cm³；

经YG6T解剖样剖面金相组织检测，未浸蚀放大100倍检验结果：孔隙度A类：A₀₂，B类：B₀₀；石墨：中心脱碳；边角C₀₂。

剖面抛光后，宏观肉眼观察，即能看到明显的三层结构特征，表层厚0.3～1.00mm，中间层厚约0.3～0.8mm；分别作电子探针形貌分析：得附图1表层(贫Co层)，图2中间层(富Co层)，图3芯部，形貌分析图。

实施例2

本实施例以生产牌号为YG13T的硬质合金为例：

将低碳WC粉870g，Co粉130g，配成总C含量4.8％，Co含量13％的混合料1.0kg，置于2L实验球磨筒湿磨40小时；以下除烧结温度为1420℃外，其余均与实施例1同。所制得的5.25×6.50×20.00硬质合金条及A118A刀片，经物理机械性能检测，其综合机械性能远高于传统方法生产的YG13硬质合金。

Claims

1、一种钴含量呈梯度分布硬质合金的生产方法；其特征在于该方法包括：

C、模压成型：将上述掺胶混合料送入模具中，压制成相应的硬质合金制品素坯，素坯密度为烧结体最终密度的20～40％；

D、烧结成型：将上述压制成型的素坯置于石墨舟皿中并以纯炭黑粉作为填充料，覆盖全部坯体后送入烧结炉中，在氢气保护下烧结；烧结温度1300°～1600℃，保温0.5～2小时；

2、按权利要求1所述钴含量呈梯度分布硬质合金的生产方法；其特征在于所述低碳WC、其含C量为5.0～5.8Wt％。

3、按权利要求1所述钴含量呈梯度分布硬质合金的生产方法；其特征在于以纯炭黑粉作填充料，其炭黑中所含灰份应小于0.1％，挥发物含量小于1.5％，含水量小于0.5％。

4、按权利要求1所述钴含量呈梯度分布硬质合金的生产方法；其特征在于所述将烧结成型的合金体再经喷砂或热等静压、真空热处理；其喷砂气流压力0.3～0.6MPa，热等静压处理在氩或氮气保护下进行，其温度为1000°～1400℃，压力3～100MPa，保温30～60分钟，真空热处理温度1000°～1500℃，真空度≤10Pa，保温30～90分钟。